一種鋅鐵氧體殼聚糖/氧化石墨烯復合材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料及其制備方法和應用，屬于石墨烯復合材料以及染料吸附技術領域。
【背景技術】
[0002]有機染料是一類重要的化學品，它廣泛應用于橡膠、清漆、農藥以及染色等領域。如今，有一種環境污染變得十分普遍，這就是染料導致的污染。印染廢水會帶來十分惡劣的環境影響，因為若不正確處理，污染物會隨著水循環進入一個地區的動植物和人的體內，弓丨發突變或癌癥等疾病。因此，控制染料污染已經迫在眉睫。人們已經掌握了許多不同的方法來去除染料污染，包括吸附法、化學凝固法、液膜分離法、電解法、生物分解法、氧化和其他一些方法。但是，吸附法更加可行，因為它操作簡單、成本低、效率高。我們要做的是找到合適的吸附劑來去除水中的染料。
[0003]殼多糖是自然界中第二豐富的天然生物聚合物，它具有良好的成膜性、生物相容性、生物降解性，同時由于含有豐富的氨基和羥基，它無毒、易粘合、易化學修飾。因此，殼多糖，作為一種環保、對人類無害的物質，兼具良好的吸附性能，可有效地提高吸附劑的吸附能力和分離性能。
[0004]2004年，英國的Andre Geim和Konstantin Novoselov利用微機械分離法直接將石墨薄片依次裁剪，得到了穩定的單層石墨烯，這一重大突破填補了二維碳材料的空白，極大地豐富了人們對碳材料的認識。富勒烯、碳納米管、石墨可以通過一定的“化學裁剪”得到石墨稀，因此，石墨稀是如二者碳材料的基本結構單兀。石墨稀因其巨大的比表面積、表面豐富的含氧官能團而呈現出極強的吸附能力，其本身與其復合材料在處理有機物廢水、重金屬離子等方面具有巨大的潛在應用價值。目前，石墨烯制備技術也不斷發展，石墨烯的前驅體氧化石墨烯的合成技術也不斷革新，大大加強了石墨烯在各個領域的應用能力。將石墨烯(Graphene)與其它材料進行復合不僅可以解決上述兩個問題而且可以進一步增強材料的整體功能。石墨烯因具有極高的比表面積而被廣泛用作吸附劑，把殼聚糖涂覆在磁性流體上是一種擴展殼聚糖功能的新方法。可以提高殼聚糖作為吸附劑的比表面積，同時也可以降低吸附染料時的濃度最低限。將兩者材料復合可以進一步阻止石墨烯以及金屬粒子的團聚，提高兩者材料吸附性能，達到安全、廉價、環保、高效的去除有機染料的目的，實現材料吸附同分離的雙功能化，對有機染料的去除具有重大的意義。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種制備過程簡單，成本低吸附性能良好的鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料及其制備方法和應用。
[0006]為解決該技術問題，本發明采用的技術方案為:
[0007]—種鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨稀復合材料，其特征在于:由磁性粒子鋅鐵氧體與殼聚糖交聯得到帶有磁性的鋅鐵氧體@殼聚糖，再將鋅鐵氧體@殼聚糖負載在氧化石墨烯片層上制得鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料，所述的磁性粒子鋅鐵氧體與所述的殼聚糖的質量比為0.83?1.66:3，所述鋅鐵氧體@殼聚糖與所述氧化石墨稀質量比為
0.8 ?1.2:1ο
[0008]—種鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009]Α、制備鋅鐵氧體@殼聚糖:將ZnCl2、FeCl#P二次蒸餾水配成溶液，并滴入氨水中，再將該混合溶液在水浴中恒溫攪拌反應，得到的產物在馬弗爐中煅燒得到磁性粒子鋅鐵氧體；將殼聚糖溶解在乙酸溶液中，再加入磁性粒子鋅鐵氧體，將純度為25%的戊二醛加入到燒瓶中與溶液混合，并攪拌反應，依次用石油醚、乙醇、二次蒸餾水洗滌沉淀物質直至pH值為7，制得鋅鐵氧體@殼聚糖；
[0010]B、制備鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料:將氧化石墨烯溶于二次蒸餾水中超聲得到G0 (氧化石墨烯)的懸濁液，在G0懸濁液中加入1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺?DC)和羥基琥珀酼亞(NHS)溶液并連續攪拌2小時，以使G0中的羧基活化，使用NaOH溶液調pH值為7，制得氧化石墨烯溶液；再將鋅鐵氧體@殼聚糖和制得的氧化石墨烯溶液加入到裝有二次蒸餾水的燒瓶中，并超聲處理，將所得溶液攪拌并依次用氫氧化鈉溶液、蒸餾水洗滌沉淀直至pH值為7，然后在外加磁場幫助下篩選產物，收集到的產物即為鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料。
[0011]步驟A中ZnCl2質量為0.523g、FeCl 3質量為1.031g、磁性粒子鋅鐵氧體質量為
0.083?0.166g、殼聚糖質量為0.3g、乙酸溶液質量分數為0.3%，純度為25%的戊二醛體積為2mL ;步驟B中所述氧化石墨烯質量為0.3g、EDC濃度為0.03M、NHS濃度為0.03M、鋅鐵氧體@殼聚糖質量為0.24?0.36g、氫氧化鈉溶液質量分數為2%。
[0012]所述步驟A中恒溫攪拌反應溫度為90 °C，反應時間為3h。
[0013]所述步驟A中在馬弗爐中煅燒的反應溫度為650°C，反應時間為2h。
[0014]所述步驟A中攪拌反應溫度為60 °C，反應時間為2h。
[0015]所述步驟B中超聲溫度為30 °C，反應時間為3h。
[0016]鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料在處理水中堿性品紅的應用，具體步驟為:將30?80mg鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨稀復合材料吸附劑加入到和25mL濃度范圍為10?100mg/L的堿性品紅溶液中，混合液pH調為中性，然后，放入30攝氏度恒溫震蕩器中震蕩24h，用磁鐵將鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料分離出來，完成對堿性品紅的吸附處理。所述應用，震蕩溫度為20?40°C，震蕩時間為4h，震蕩吸附的轉速為200rpm，所述應用，含染料廢水的pH值為3?10，染料濃度為10?100mg/L。
[0017]上述鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料制備過程簡單，成本低，而且吸附性能良好。
【附圖說明】
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[0018]圖1是本發明方法制備出的氧化石墨烯(A)鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料(B、C)的掃描電子顯微鏡圖以及鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料的X射線衍射圖。
[0019]圖2是本發明方法制備出的鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料吸附pH影響分析。
[0020]圖3是本發明方法制備出的鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料吸附動力學分析。
[0021]圖4是本發明方法制備出的鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料吸附熱力學分析。
[0022]具體實施例方式
[0023]以下實施例所用材料及儀器均為市售。下面通過實例進一步描述本發明的特征，但本發明并不局限于下述實施例。
[0024]實施例1
[0025]上述鋅鐵氧體@殼聚糖/氧化石墨烯復合材料的制備方法:
[0026](1)0.523g ZnCl2, 1.031g FeCl#P 30mL 二次蒸餾水配成溶液，并滴入氨水中，后將該混合溶液放入90°C水浴中恒溫攪拌反應3h。最終產物在馬弗爐中650°C條件下煅燒2h0之后通過磁性篩選獲得用于殼聚糖包覆的磁性粒子鋅鐵氧體。
[0027](2)將0.30g殼聚糖溶解在30mL濃度0.3 %的乙酸溶液中，將0.083g磁性粒子鋅鐵氧體加入到裝有該溶液的四頸圓底燒瓶中。將2mL純度為25%的戊二醛加入到燒瓶中與溶液混合，并在60°C下攪拌反應2h。依次用石油醚、乙醇、二次蒸餾水洗滌沉淀物質直至pH值為7。然后將沉淀物質在50°C下進行真空干燥，得到的物質就是鋅鐵氧體@殼聚糖。
[0028](3)在二次蒸餾水中加入0.3g氧化石墨烯并超聲3小時得到G0的懸濁液